JPH06244059A - 電気二重層コンデンサ - Google Patents

電気二重層コンデンサ

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JPH06244059A
JPH06244059A JP15993A JP15993A JPH06244059A JP H06244059 A JPH06244059 A JP H06244059A JP 15993 A JP15993 A JP 15993A JP 15993 A JP15993 A JP 15993A JP H06244059 A JPH06244059 A JP H06244059A
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polarizable electrode
electric double
double layer
layer capacitor
activated carbon
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貴之 斉藤
Atsushi Ochi
篤 越智
Junji Tabuchi
順次 田渕
Yukari Kibi
ゆかり 吉備
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Abstract

(57)【要約】 【目的】固体活性炭を分極性電極に用いた電気二重層コ
ンデンサにおいて、電解液の含浸を効率よく行い内部ガ
スを完全に放出させ、信頼性の高い電気二重層コンデン
サを得る。 【構成】分極性電極1に静電容量の減少が10%以下に
なるように直径1mm以上の9つの貫通孔4を形成する
ことで電解液を効率よく含浸し、内部のガスを完全に除
去することで、ガス発生による内圧の上昇、およびそれ
にともなう液漏れ等の事故を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気二重層コンデンサに
関し、特に固体活性炭を分極性電極として用いた電気二
重層コンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】図5および図6に示すように、電気二重
層コンデンサの分極性電極16は平板や円盤状の固体活
性炭であり、この固体活性炭は特願平3−81262に
示される活性炭/炭素複合材料等が用いられる。集電体
7には電解液が水溶液系の場合にはカーボンや導電性ゴ
ム,導電プラスチック等がまた非水溶液系の場合には金
属箔などが使用され、固体活性炭と電気的に接続してい
る。ガスケット8はプラスチックやゴムからなり、集電
体7と接着剤で接着されている。セパレータ9は多孔性
フィルムまたはガラス繊維製の抄造体で、一対の分極性
電極16間を電気的に絶縁している。
【0003】電気二重層コンデンサの耐電圧は電解液の
電気分解電圧であるため、基本セル10を電気的に直列
接続することで所用の耐電圧を実現している。図5は水
溶液系電解液を使用した電気二重奏コンデンサを示して
いるが、耐電圧0.9Vの基本セル10を6つ直列接続
しており、耐電圧は5.5Vである。上述の電気二重層
コンデンサへの電解液注入は、ガスソケット8側面にあ
けられた注入孔15より電解液を注入することで行い、
注入孔15は電解液注入後、溶融し電解液の封止を行
う。
【0004】ところで、上述の分極性電極16には数μ
mの孔が無数にあいており、この孔を通して内部へ電解
液が入る。しかし、この細孔に電解液を完全に注入する
ことは非常に困難である。従来、特開平1−15271
5に示される、活性炭をバインダで固形化して分極性電
極としたコイン状の電気二重層コンデンサにおいて、図
7に示すように、分極性電極17表面に傷18を設ける
ことで電解液の含浸性を高める方法があるが、この方法
では傷18のある表面付近だけで分極性電極17全体の
含浸性は上がらないという欠点を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この従来の分極性電極
では内部まで完全に電解液を含浸できない。また、表面
に傷をつけた場合でも表面付近だけで全体の含浸性の向
上は望めない。その結果、分極性電極内部に窒素や酸素
などのガスが残ってしまう。この残留ガスは、温度変化
や充放電などにより分極性電極外部へ出てくるため、基
本セル内の内圧が上昇し、電解液の漏液や破損等が発生
するという問題点がある。
【0006】本発明の目的は、基本セル内の内圧の上昇
による電解液の漏液や破損等の発生がなく、信頼の高い
電気二重層コンデンサを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体活性炭を
分極性電極として用いた電気二重層コンデンサにおい
て、前記固体活性炭に少くとも1mmの径を有する貫通
孔を静電容量が10%以下になるように形成するか、ま
たは前記固体活性炭に高配向黒鉛粉末と黒鉛ウイスカの
うちのいずれか一方を重量比で1%以上10%未満添加
するか、または前記固体活性炭がみかけ密度の異なる複
数層からなる多層構造である。
【0008】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0009】図1は本発明の第1の実施例の構成を示す
断面図、図2は図1の分極性電極の平面図である。第1
の実施例の構造は、分極性電極1以外は図5に示す従来
の電気二重層コンデンサの構造と同じである。第1の実
施例の分極性電極1は、図2に示すように、9つの貫通
孔4を有する。
【0010】この分極性電極1の製造方法は次の通りで
ある。まず、粉末活性炭と粉末状フェノール樹脂とを重
量比で60/40に混合する。混合にはボールミルを使
用し乾式混合したのち造粒した。この混合粉を9つのコ
アピン(直径2mm)を有する金型で射出成型した。成
形品は70×50×4mmの大きさでコアピンの部分が
貫通孔4になる。この成形品を非酸化性雰囲気中におい
て900℃で熱処理した。熱処理時間は2時間,昇温速
度は50℃/hである。分極性電極の収縮率は5%で等
方的に収縮するため、貫通孔の直径は1.9mmとな
り、9つの貫通孔4を有する分極性電極1が得られる。
【0011】このように直径1.9mmの9つの貫通孔
4を分極性電極1に形成することにより、静電容量が1
0%以下におさえられ、また貫通孔4を点対称の位置に
設けることにより、熱処理時に等方的に収縮させ含浸性
を向上させることができる。
【0012】図3は本発明の第2の実施例の分極性電極
の平面図である。第2の実施例の構造は、分極性電極以
外は図1に示す第1の実施例の構造と同じである。第2
の実施例の分極性電極2は、図3に示すように、黒鉛粉
末5を含有する。
【0013】この分極性電極2の製造方法は、次の通り
である。まず、粉末活性炭と粉末状フェノール樹脂、お
よび黒鉛粉末5とを重量比で55/40/5に混合す
る。使用した黒鉛粉末5はX線回折の結果から炭素網平
面の層間距離が3.38オングストロームであった。混
合にはボールミルを使用し乾式混合した後、造粒した。
この混合粉を射出成形により、70×50×4mmの大
きさに成形し、非酸化性雰囲気中において900℃で熱
処理した。熱処理時間は2時間で、昇温速度は50℃/
hである。重量減少率は、活性炭10%,樹脂65%,
黒鉛1%以下であるため、熱処理後の混合比は重量比で
49.5/26/5となり、黒鉛粉末5が6.2%含有
の分極性電極2が得られる。
【0014】高配向の黒鉛は硫酸イオンをはじめいろい
ろなイオンをインターカレーションできるので、この性
質を利用し固体活性炭に黒鉛粉末または黒鉛ウイスカを
添加することで電解液の含浸を容易にする。黒鉛粉末5
の添加量を重量比で1%以上10%未満とすることによ
り、図2に示す第1の実施例の分極性電極1の貫通孔4
と同様静電容量の低下を10%以下におさえることがで
きる。
【0015】図4は本発明の第3の実施の分極性電極の
平面図である。第3の実施例の構造は、分極性電極3以
外は図1に示す第1の実施例の構造と同じである。
【0016】この分極性電極3の製造方法は、次の通り
である。まず、粉末活性炭と粉末状フェノール樹脂を重
量比で60/40に混合する(以下、混合粉Aと記
す)。また、粉末状活性炭と粉末状フェノール樹脂、お
よびポリイミド樹脂を重量比で60/20/20に混合
する(以下、混合粉Bと記す)。混合にはボールミルを
使用し、乾式混合したのち、造粒した。この混合粉を圧
縮成形機により70×50×4mmの大きさに成形し
た。成形方法は、混合粉Aを金型内に充填し、次に、混
合粉Bを充填する。さらに混合粉Aを充填した後、加圧
して成型する。混合粉Aと混合粉Bとの2層だけである
なら、造粒した後2材射出成形機で成形してもよい。次
に、非酸化性雰囲気中において900℃で熱処理した。
熱処理時間は2時間で、昇温速度は50℃/hである。
ポリイミド樹脂は残炭率が50%弱とフェノール樹脂の
65%に比べ少なく、より多孔体になりやすい。そのた
め混合粉Bは低密度層6となり、高密度層で低密度層6
を両側よりはさんだ分極性電極3が得られる。
【0017】ポリイミド樹脂は残炭率が低いので、固体
活性炭のシートを薄くしてポリイミド樹脂のような残炭
率の低い材料をサンドイッチ状に挟み炭化すると残炭率
の低い部分が低密度層6となり、静電容量の低下をおさ
え、電解液の含浸を容易にできる。
【0018】分極性電極1,2,3をそれぞれ用いた第
1,第2および第3の実施例の電気二重層コンデンサを
試作した。試作方法はどの分極性電極を用いても同じで
あるため、分極性電極1を用いた第1の実施例を例にと
り説明する。まず、分極性電極1と集電体7を圧着す
る。集電体7には導電性ゴムを使用した。積層体11の
両側に配置される集電体7に関しては片面だけに分極性
電極1を圧着し、残りは集電体7の両側に分極性電極1
を圧着する。これをエポキシ接着剤を用いてABS製の
ガスケット8と接着する。このときガラス繊維抄造体の
セパレータ9を図1に示すように配置する。このように
して集電体7を共通にする6つの基本セル10からなる
積層体11を得る。次に、端子板12,絶縁シート13
を配置し、両側より加圧板14をボルトで固定すること
により積層体11を加圧する。次に2つある注入孔15
の一方から真空ポンプで排気し、もう一方より電解液で
ある硫酸を注入する。注入の時間は2,4,8,12,
24時間とした。注入後、注入孔15を溶融して封止を
行い、分極性電極1を用いた第1の実施例の電気二重奏
コンデンサを得た。同様にして第2,第3の実施例の電
気二重層コンデンサを得た。比較用として、分極性電極
16および分極性電極17を用いた従来例1および従来
例2の電気二重奏コンデンサをそれぞれ試作した。
【0019】従来例1の分極性電極16の製造方法は次
の通りである。まず、粉末活性炭と粉末状フェノール樹
脂とを重量比で60/40に混合する。混合にはボール
ミルを使用し乾式混合したのち造粒し、射出成形した。
成形品は70×50×4mmの大きさである。この成形
品を非酸化性雰囲気中において900℃で熱処理した。
熱処理時間は2時間、昇温速度は50℃/hである。
【0020】従来例2の分極性電極17は、分極性電極
16の表面に研磨紙で傷18をつけることにより得た。
研磨紙には粒度180番のものを使用し、湿式で3分行
った。分極性電極16,17をそれぞれ用いた電気二重
層コンデンサの試作方法は分極性電極1を用いて試作し
た方法と同じである。
【0021】以上試作した第1,第2,第3の実施例の
電気二重層コンデンサおよび従来例1,2の電気二重層
コンデンサについて、初期特性おおよび高温負荷試験を
行った。試験方法は次の通りである。試験1では、70
℃で240時間5.5V印加した後、外観をチェックし
た。試験2では電解液の注入時間が24時間のものを使
用し、70℃で5.5Vを1,000時間印加した後、
外観および等価直列抵抗(ESR),静電容量を評価し
た。等価直列抵抗は、交流4端子法で1kHzのインピ
ーダンスを測定し、その時の実数部とする。また静電容
量Cは、室温で24時間短絡したのち、12時間5Vで
充電し、電流100mAで放電させて、3Vから2.5
Vに電圧降下ΔVするのに要する時間Δtから算出す
る。計算式は、 C=I×Δt/ΔV=0.1×Δt/0.5 である。
【0022】表1,2はその試験結果を示したものであ
り、表1は電解液注入時間と液漏れの有無,表2は評価
結果である。表1より、電解液の液漏れと電解液の注入
方法,時間との間に関係のあることがわかる。また、本
実施例の電気二重層コンデンサは従来例より電解液の注
入時間を短くできることがわかる。液漏れは、一部注入
孔15から、多くはガスケット8とガスケット8との接
着面からわずかにしみだす程度ではあったが発生してい
た。表2より24時間電解液注入を行った本実施例の電
気二重層コンデンサは、外観、特性とも問題なく、電解
液の含浸性を向上させ、高い信頼性を得ることができ
る。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明により電気二
重層コンデンサは、分極性電極に1つ以上の貫通孔を設
けたため、または高配向の黒鉛粉末または黒鉛ウイスカ
を添加したため、または低密度層を形成したために電解
液の含浸性が向上し、高い信頼性が得られるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す断面図であ
る。
【図2】図1の分極性電極の平面図である。
【図3】本発明の第2の実施例の分極性電極の平面図で
ある。
【図4】本発明の第3の実施例の分極性電極の平面図で
ある。
【図5】従来の電気二重層コンデンサの一例の構成を示
す断面図である。
【図6】従来の電気二重層コンデンサの分極性電極の一
例の平面図である。
【図7】従来の電気二重層コンデンサの分極性電極の他
の例の平面図である。
【符号の説明】
1,2,3,16,17 分極性電極 4 貫通孔 5 黒鉛粉末 6 低密度層 7 集電体 8 ガスケット 9 セパレータ 10 基本セル 11 積層体 12 端子板 13 絶縁シート 14 加圧板 15 注入孔 18 傷
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年4月12日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この従来の分極性電極
では内部まで完全に電解液を含浸できない。また、表面
に傷をつけた場合でも表面付近だけで全体の含浸性の向
上は望めない。その結果、分極性電極内部に窒素や酸素
などのガスが残ってしまう。この残留ガスは、温度変化
や充放電などにより分極性電極外部へ出てくるため、基
本セル内の内圧が上昇し、電解液の漏液や基本セルの破
損等が発生するという問題点がある。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】本発明の目的は、基本セル内の内圧の上昇
による電解液の漏液や破損等の発生がなく、信頼性の高
い電気二重層コンデンサを提供することにある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体活性炭を
分極性電極として用いた電気二重層コンデンサにおい
て、前記固体活性炭に少くとも1mmの径を有する貫通
孔を静電容量の減少が10%以下になるように形成する
か、または前記固体活性炭に高配向黒鉛粉末と黒鉛ウイ
スカのうちのいずれか一方を重量比で1%以上10%未
満添加するか、または前記固体活性炭がみかけ密度の異
なる複数層からなる多層構造である。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】このように直径1.9mmの9つの貫通孔
4を分極性電極1に形成することにより、静電容量の減
少が10%以下におさえられ、また貫通孔4を点対称の
位置に設けることにより、熱処理時に等方的に収縮させ
含浸性を向上させることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉備 ゆかり 東京都港区芝五丁目7番1号日本電気株式 会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体活性炭を分極性電極として用いた電
    気二重層コンデンサにおいて、前記固体活性炭に少くと
    も1mmの径を有する貫通孔を静電容量が10%以下に
    なるように形成したことを特徴とする電気二重層コンデ
    ンサ。
  2. 【請求項2】 固体活性炭を分極性電極として用いた電
    気二重層コンデンサにおいて、前記固体活性炭に高配向
    黒鉛粉末と黒鉛ウイスカのうちのいずれか一方を重量比
    で1%以上10%未満添加したことを特徴とする電気二
    重層コンデンサ。
  3. 【請求項3】 固体活性炭を分極性電極として用いた電
    気二重層コンデンサにおいて、前記固体活性炭がみかけ
    密度の異なる複数層からなる多層構造であることを特徴
    とする電気二重層コンデンサ。
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